TWI674978B - 彩色立體列印方法與立體列印設備 - Google Patents

彩色立體列印方法與立體列印設備 Download PDF

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Abstract

一種彩色立體列印方法與立體列印設備，適於依據立體模型製造立體物件。對此立體模型進行切層處理，以獲取列印路徑檔案與多個噴墨圖檔。讀取列印路徑檔案中的第一切層控制資料，其中第一切層控制資料紀錄多個列印定位點與多個噴墨定位點。依據列印定位點控制列印頭的移動並控制列印頭擠壓出成型材，以建構第一切層物件。讀取噴墨圖檔中的第一噴墨圖檔。依據噴墨定位點控制噴墨頭於平面上的移動，並依據第一噴墨圖檔控制噴墨頭噴塗墨水於第一切層物件上。

Description

彩色立體列印方法與立體列印設備
本發明是有關於一種列印方法，且特別是有關於一種彩色立體列印方法與立體列印設備。
隨著電腦輔助製造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的進步，製造業發展了立體列印技術，能很迅速的將設計原始構想製造出來。立體列印技術實際上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping,RP)技術的統稱，其基本原理都是疊層製造，由快速原型機在X-Y平面內通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z座標間斷地作層面厚度的位移，最終形成立體物件。立體列印技術能無限制幾何形狀，而且越複雜的零件越顯示RP技術的卓越性，更可大大地節省人力與加工時間，在時間最短的要求下，將3D電腦輔助設計(Computer-Aided Design,CAD)軟體所設計的數位立體模型真實地呈現出來。
以熔融沉積造型(fused deposition modeling，FDM)技術為例，其將成型材料製作成線材，並將成型材料加熱熔融後依 據所需形狀/輪廓在成型平台上逐層堆疊構成立體物件。因此，在習知的彩色熔融沉積造型立體列印方法中，外觀顏色可以是待立體物件完成後方進行著色，或者可透過使用具有顏色的成型材料製作立體物件。然而，前者的彩色顏料只附著在立體物件的外表面，其色彩呈現度與變化性略顯不足。另一方面，後者需反覆更換使用不同顏色的成型線材方能達到多彩效果，彩色立體物件的製作效率不理想。據此，如何針對前述情形並加以改善，便成為相關技術人員所需思考的議題之一。
有鑑於此，本發明提供一種彩色立體列印方法與立體列印設備，其可增加彩色立體列印的多樣性與美觀性。
本發明提出一種彩色立體列印方法，適於依據立體模型製造立體物件。此立體物件包括多個切層物件，所述方法包括下列步驟。對此立體模型進行切層處理，以獲取列印路徑檔案與多個噴墨圖檔，其中此列印路徑檔案包括分別對應至上述切層物件的多筆切層控制資料。讀取上述切層控制資料中的第一切層控制資料，其中此第一切層控制資料紀錄多個列印定位點與多個噴墨定位點。依據上述列印定位點控制列印頭的移動並控制此列印頭擠壓出一成型材，以建構上述切層物件中的第一切層物件。讀取上述噴墨圖檔中的第一噴墨圖檔。依據上述噴墨定位點控制噴墨頭於平面上的移動，並依據上述第一噴墨圖檔控制上述噴墨頭噴 塗墨水於上述第一切層物件上。
從另一觀點來看，本發明提出一種立體列印設備，其包括儲存裝置、處理器，以及立體列印裝置。上述處理器耦接上述儲存裝置且經配置以：對上述立體模型進行切層處理，以獲取列印路徑檔案與多個噴墨圖檔，其中此列印路徑檔案包括分別對應至多個切層物件的多筆切層控制資料。上述立體列印裝置連接該處理器，並包括列印機構、噴墨機構，以及控制器。列印機構包括一列印頭，而噴墨機構包括噴墨頭。上述控制器耦接上述列印機構與上述噴墨機構，並經配置以：讀取上述切層控制資料中的第一切層控制資料，其中此第一切層控制資料紀錄多個列印定位點與多個噴墨定位點；依據上述列印定位點控制列印頭的移動並控制此列印頭擠壓出成型材，以建構上述切層物件中的第一切層物件；讀取上述噴墨圖檔中的第一噴墨圖檔；以及依據上述噴墨定位點控制噴墨頭於平面上的移動，並依據第一噴墨圖檔控制噴墨頭噴塗墨水於第一切層物件上。
基於上述，本發明的彩色立體列印方法與立體列印設備可先利用列印頭在平台上形成切層物件，而後利用噴墨頭在切層物件上噴塗墨水形成墨水層。如此，彩色立體物件的各層切層物件均具有彩色外觀而提高整體的色彩呈現度，而各層彩色顏料層的不同局部可具有不同顏色而提高色彩變化性。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧立體列印設備
131‧‧‧列印機構
110‧‧‧儲存裝置
132‧‧‧噴墨機構
120‧‧‧處理器
20a‧‧‧成型材
130‧‧‧立體列印裝置
80、Obj1‧‧‧立體物件
133‧‧‧控制器
131a‧‧‧列印頭
132a‧‧‧噴墨頭
132b‧‧‧墨水匣
I1‧‧‧墨水
134‧‧‧平台
S1‧‧‧承載面
80a、80c‧‧‧切層物件
80b、80d‧‧‧墨水層
M1、M2‧‧‧立體模型
F1‧‧‧列印路徑檔案
d_1~d_u‧‧‧切層控制資料
img_1~img_v‧‧‧噴墨圖檔
S_1~S_m‧‧‧噴墨起點
E_1~E_m‧‧‧噴墨終點
B_1~B_n、B_e‧‧‧像素
P_1~P_m‧‧‧噴墨路徑
Pat_1‧‧‧噴墨圖樣
G1、G2‧‧‧三角網格單元
V1、V2、V3、V4‧‧‧頂點
d12、d13‧‧‧向量
Ver‧‧‧法向量
C1、C2‧‧‧噴墨區塊
ink_1‧‧‧墨水層
img_i、img_i’、img_(i+1)、img_(i+1)’‧‧‧噴墨圖檔
S301~S305、S501~S507‧‧‧步驟
圖1是依照本發明的一實施例的一種立體列印設備的示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。
圖3是依據本發明一實施例的彩色立體列印方法的流程圖。
圖4是依據本發明一實施例的彩色立體列印方法的示意圖。
圖5是依據本發明一實施例的調整水平面之噴墨位置的流程圖。
圖6是依據本發明一實施例的調整水平面之噴墨位置的示意圖。
本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的方法以及系統的範例。
圖1是依照本發明的一實施例的一種立體列印設備的示意圖。參照圖1，立體列印設備100包括儲存裝置110、處理器120以及立體列印裝置130。處理器120耦接儲存裝置110以及立體列印裝置130。在本實施例中，處理器120用以對立體物件進行建 模，以建立一立體模型，其中立體模型符合多邊形檔案(Polygon File Format，PLY)或OBJ檔案等等的三維檔案格式。在上述三維檔案格式中的立體模型是由多個多邊形網格單元(Mesh)所組成，並且每一個多邊形網格單元具有多個端點，其中這些端點各別具有不同座標。在本實施例中，處理器120可用以對立體模型影像中的立體模型進行切層處理，以取得切層資訊。上述切層資訊包括列印路徑檔案與多個噴墨圖檔。處理器120可依據上述切層資訊來控制立體列印裝置130進行立體列印操作，以使立體列印裝置130逐層產生多個切層物件並逐層上色這些切層物件。
在本實施例中，儲存裝置110可用以儲存資料並且可以是緩衝記憶體、內部儲存媒體、外接式儲存媒體、其他類型儲存裝置或這些裝置的組合。例如，緩衝記憶體可包括隨機存取記憶體、唯讀記憶體或其他類似裝置。例如，內部儲存媒體可包括硬碟(Hard Disk Drive,HDD)、固態硬碟(Solid State Disk)、快閃(flash)儲存裝置或其他類似裝置。例如，外接式儲存媒體可包括外接式硬碟、USB隨身碟(USB drive)、雲端硬碟或其他類似裝置。在本實施例中，儲存裝置110可用以儲存立體模型影像、多個切層影像、立體影像建模模組、影像處理模組或影像分析模組等，以使實現本發明各實施例的切層影像處理工作。
在本實施例中，處理器120可用以執行儲存在儲存裝置110當中的多個模組，以使實現本發明各實施例的影像處理以及影像分析工作。處理器120可以是中央處理單元(central processing unit,CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(microprocessor)、數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(application specific integrated circuits,ASIC)、可程式化邏輯裝置(programmable logic device,PLD)、其他類似處理裝置或這些裝置的組合。
在本實施例中，立體列印裝置130可包括控制器133、列印機構131以及噴墨機構132等。處理器120可依據切層資訊來提供控制信號至立體列印裝置130的控制器133，以驅動立體列印裝置130。立體列印裝置130的控制器133可控制列印機構131與噴墨機構132進行立體列印操作以及噴墨操作。舉例而言，立體列印操作包括饋出成型材料，並且立體列印裝置130可對固化後的成型材料進行噴墨操作。此外，所屬技術領域通常知識者應當知曉立體列印裝置130還可以包括其餘用以與列印頭共同完成立體列印操作的構件(例如，平台、供料管線、噴墨管線、列印頭連動機構等)。
進一步而言，圖2是依照本發明一實施例所繪示的立體列印裝置的示意圖。請參照圖2，立體列印裝置130包括平台134、列印頭131a、噴墨頭132a以及控制器133，在此同時提供直角座標系於圖上，以便於描述相關構件及其運動狀態。平台134包括一承載面S1，用以承載列印中的立體物件80。於平台134設置於列印頭131a與噴墨頭132a的下方。
詳細而言，在本實施例中，列印頭131a經配置以沿著 XY面移動以及沿著XY面的法線方向(Z軸向)移動，成型材20a經由供料管線進入列印頭131a而受熱熔融，再經由列印頭131a擠出而逐層成型於平台134的承載面S1上而形成多個切層物件(圖2係以切層物件80a、80c為例)。如此，逐層成型的切層物件80a、80c在承載面S1上彼此堆疊而形成立體物件80。具體而言，成型材20a可由適用於熔絲製造式(Fused Filament Fabrication,FFF)、熔化壓模式(Melted and Extrusion Modeling)等製作方法的熱熔性材料所構成，本發明對此不限制。
在本實施例中，噴墨頭132a將墨水I1逐層噴塗於各切層物件上而形成多個墨水層(圖2係以墨水層80b、80d為例)。在切層物件80a、80c上形成墨水層80b、80d是指，讓墨水40a疊覆於切層物件80a、80c的上表面並同時對切層物件80a、80c的內部進行染色。因此，噴墨頭132a可包括墨水匣132b，其中墨水匣142用以盛裝墨水I1，而噴墨頭132a依據需求將墨水匣142內的墨水I1噴灑至切層物件80a、80c上，以對切層物件80a、80c進行上色，從而在切層物件80a、80c上構成墨水層80b、80d。雖然圖2僅繪示墨水匣132b，但本發明並不限制墨水匣的數量與墨水的顏色數量。於一實施例中，所述噴墨頭132a類似於平面彩色列印裝置所用之彩色噴墨系統，其可將對應至不同顏色的多個彩色墨水依據色彩形成比例噴塗至切層物件80a、80c上而構成墨水層80b、80d。上述的彩色墨水的顏色包括符合印刷原色的青色(Cyan)、洋紅色(Magenta)、黃色(Yellow)，以及黑色(Black)， 但本發明對此並不限制。需說明的是，於一實施例中，成型材20a可為透光材料，例如是透明的聚乳酸(Polylactic Acid，PLA)材料或透明的亞力克(Acrylic)材料。由於成型材20a具有透光性，因此各個墨水層的色彩表現可視為對應的切層物件的色彩表現。
如此配置，本實施例在列印頭131a於平台134上方列印切層物件80a後可透過噴墨頭132a噴塗墨水層80b於切層物件80a的上表面，以對切層物件80a進行上色。接著，列印頭110於平台110上方列印另一層切層物件80c後可透過噴墨頭132a噴塗墨水層80d於切層物件80c的上表面，以對切層物件80c進行上色。如此，切層物件80a、80c與墨水層80b、80d依序交錯堆疊，而構成彩色立體物件80。其中，各個墨水層的噴墨範圍與噴墨樣式是由切層資訊中的多個噴墨圖檔決定。
控制器133耦接平台134、列印頭131a以及噴墨頭132a，可用以接收處理器120所提供的切層資訊，並依據切層資訊來控制立體列印裝置130的整體運作而列印出立體物件80。舉例來說，控制器133可依據列印路徑檔案而控制列印頭131a的移動路徑，而列印路徑檔案例如是G-code等控制碼檔。控制器133例如是中央處理器、晶片組、微處理器、嵌入式控制器等具有運算功能的設備，在此不限制。
圖3是依據本發明一實施例的彩色立體列印方法的流程圖。本實施例的方法適用於圖1的立體列印設備100與圖2的立體列印裝置130，以下即搭配立體列印設備100與立體列印裝置 130中的各構件說明本實施例立體列印方法的詳細步驟。
首先，於步驟S301，處理器120對立體模型進行切層處理，以獲取列印路徑檔案與多個噴墨圖檔，其中此列印路徑檔案包括分別對應至多個切層物件的多筆切層控制資料。處理器120可依據使用者期望的切層厚度產生多個相互平行的多個切層平面，並透過這些切層平面對立體模型進行切層處理而獲取列印路徑檔案與多個噴墨圖檔。列印路徑檔案中每一切層控制資料分別對應至相異的切層物件，致使控制器133可依據每一切層控制資料控制立體列印裝置130逐層建構出各個切層物件。於本實施例中，列印路徑檔案為控制器133可讀取的檔案格式，控制器133可依據列印路徑檔案來控制列印頭131a與噴墨頭132a的移動路徑與位置。此外，當處理器120對彩色的立體模型進行切層處理時，對應至全部或部份切層物件的噴墨圖檔也將被產生。
於步驟S302，控制器133讀取切層控制資料中的第一切層控制資料，其中第一切層控制資料紀錄多個列印定位點與多個噴墨定位點。以列印路徑檔案為G-code為例，G-code包括分別對應至不同切層物件的控制碼片段，這些控制碼片段稱之為切層控制資料。多筆切層控制資料中對應至第一切層物件的第一切層控制資料包括多個列印定位點的座標與多個噴墨定位點的座標。於是，於步驟S303，控制器133依據列印定位點控制列印頭131a的移動並控制列印頭131a擠壓出成型材20a，以建構切層物件中的第一切層物件。
接著，於步驟S304，控制器133讀取噴墨圖檔中的第一噴墨圖檔。進一步而言，控制器133可依據第一切層物件的第一切層控制資料內的一指示而去讀取第一切層物件對應的第一噴墨圖檔。於步驟S305，控制器133依據噴墨定位點控制噴墨頭132a於XY平面上的移動，並依據第一噴墨圖檔控制噴墨頭132a噴塗墨水I1於第一切層物件上。然而，上述雖然係以單一第一切層物件為例進行說明，但該發明具備通常知識者可將上述步驟S302~S305的操作推衍至每一切層物件。
為了詳細說明本發明，圖4是依據本發明一實施例的彩色立體列印方法的示意圖。請參照圖4，立體模型M1經過切層處理後將產生列印路徑檔案F1以及v張噴墨圖檔img_1~img_v，其中v為正整數。列印路徑檔案F1包括u筆切層控制資料d_1~d_u，其中u為正整數。噴墨圖檔img_1~img_v各自關聯於相異的切層控制資料d_1~d_u其中之一。例如，噴墨圖檔img_1關聯於切層控制資料d_1，而噴墨圖檔img_v關聯於切層控制資料d_u。需說明的是，切層控制資料d_1~d_u各自包括噴墨頭定位資訊與列印頭定位資訊。噴墨頭定位資訊包括多個噴墨定位點，用以控制噴墨頭132a的移動。列印頭定位資訊包括多個列印定位點，用以控制列印頭131a的移動。
圖4以第一噴墨圖檔img_1以及第一切層控制資料d_1為例。在控制器133依據切層控制資料d_1中的列印定位點完成一切層物件的列印之後，控制器133讀取第一切層控制資料d_1 中的噴墨定位點的座標。第一切層控制資料d_1紀錄的噴墨定位點包括m個噴墨起點S_1、S_2、S_3、...、S_m以及m個噴墨終點E_1、E_2、E_3、...、E_m。噴墨起點S_1、S_2、S_3、...、S_m一對一對應至該些噴墨終點E_1、E_2、E_3、...、E_m。此外，第一切層控制資料d_1紀錄的噴墨定位點也包括噴墨範圍起點與噴墨範圍終點，而噴墨範圍起點與噴墨範圍終點定義噴墨範圍Z1的尺寸與位置。於本範例中，噴墨起點S_1為噴墨範圍起點，而噴墨終點E_m為噴墨範圍終點，而噴墨範圍起點與噴墨範圍終點作為噴墨範圍Z1的對角線頂點。上述這些m個噴墨起點S_1、S_2、S_3、...、S_m以及m個噴墨終點E_1、E_2、E_3、...、E_m用以決定噴墨頭132a的移動路徑。
基此，控制器133可關聯噴墨範圍起點(即噴墨起點S_1)與第一噴墨圖檔img_1的一起點像素B_1，並關聯噴墨範圍終點(即噴墨終點E_m)與第一噴墨圖檔img_1的一終點像素B_e，致使第一噴墨圖檔img_1之各個像素所對應的噴墨順序被決定。詳細而言，第一噴墨圖檔img_1係由多個像素所組成。舉例而言，第一噴墨圖檔img_1的第一列像素包括n個像素B_1~B_n，這些像素B_1~B_n各自具有對應的像素色彩資料。於控制器133關聯噴墨範圍起點與起點像素B_1並關聯噴墨範圍終點與第一噴墨終點像素B_e之後，第一噴墨圖檔img_1的每一像素的噴墨順序將被決定。以第一列像素B_1~B_n為例，第一列像素B_1~B_n的像素色彩資料將由左至右而依序被讀取並據以列印。
更進一步來說，控制器133可控制噴墨頭132a沿著噴墨起點S_1~S_m中噴墨起點S_1與噴墨終點E_1~E_m中的噴墨終點E_1之間的噴墨路徑P_1移動，與此同時，控制器133控制噴墨頭132a依據第一噴墨圖檔img_1上第一噴墨路徑P_1所對應的像素B_1~B_n噴塗墨水於切層物件上。之後，控制器133控制噴墨頭132a從第一噴墨終點E_1移動至噴墨起點S_1~S_m中的噴墨起點S_2，且噴墨頭132a停止噴墨。之後，控制器133控制噴墨頭132a沿著噴墨起點S_2與噴墨終點E_1~E_m中的噴墨終點E_2之間的第二噴墨路徑P_2移動，與此同時，控制器133控制噴墨頭132a依據第一噴墨圖檔img_1上第二噴墨路徑P_2所對應的像素噴塗墨水於切層物件上。重複執行上述操作。最後，控制器133控制噴墨頭132a沿著噴墨起點S_m與噴墨終點E_m之間的第二噴墨路徑P_m移動，與此同時，控制器133控制噴墨頭132a依據第一噴墨圖檔img_1上第二噴墨路徑P_m所對應的最後一列像素噴塗墨水於切層物件上。如此一來，控制器133控制噴墨頭132a逐列移動，並依據第一噴墨圖檔img_1上各像素的像素色彩資料決定是否噴出墨水以及噴出墨水顏色，致使呈現噴墨圖樣Pat_1的墨水層將塗布於對應的切層物件上。
然而，需說明的是，於立體列印模型的底面(黏著於平台的表面，例如圖2中之平台134)或懸空底面是具有色彩的情況中，若依據實際高度列印與噴墨，則立體列印裝置將先噴墨再列印切層物件，導致墨水空灑而汙染下方切層物件並且立體物件也 有顏色缺漏的現象。基此，以下實施例將近一步說明本發明之調整噴墨位置的方法。
圖5是依據本發明一實施例的調整水平面之噴墨位置的流程圖。本實施例的方法適用於圖1的立體列印設備100與圖2的立體列印裝置130，以下即搭配立體列印設備100與立體列印裝置130中的各構件說明本實施例立體列印方法的詳細步驟。
於步驟S501，處理器120利用多個切層平面切割立體模型。於步驟S502，處理器120獲取列印路徑檔案與多個噴墨圖檔。需說明的是，噴墨圖檔包括對應至第一切層物件的第一噴墨圖檔與對應至第二切層物件的第二噴墨圖檔，且第一切層物件的列印順序晚於第二切層物件的列印順序。換言之，第一切層物件堆疊於第二切層物件之的上方。於步驟S503，處理器120判斷立體模型的多個多邊形網格單元是否屬於水平面。立體模型係由多個多邊形網格單元組成，多邊形網格單元可以是三角形網格單元、四邊形網格單元、其他的凹幾何多邊形網格單元或是其他的凸幾何多邊形網格單元，本發明對此不限制。一個多邊形網格單元包括多個頂點、多個邊，以及一個面。於本實施例中，處理器120將判斷這些多邊形網格單元的面是否為水平面。於此，本實施例之水平面平行於XY平面。
於一實施例中，處理器120用以進行切層處理的切層平面包括相互相鄰的第一切層平面與第二切層平面。處理器120可判斷多邊形網格單元中的第一多邊形網格單元的多個頂點是否位 於第一切層平面與第二切層平面之間的空間內。以第一切層平面的數學表示式為Z=a且第二切層平面的數學表示式為Z=b為例，處理器120可判斷三角形網格單元的三個頂點的Z軸座標是否介於a與b之間，以判斷三角形網格單元的三個頂點是否位於第一切層平面與第二切層平面之間的空間內。需說明的是，當三角形網格單元的三個頂點全部剛好落在第一切層平面或第二切層平面之上，三角形網格單元的三個頂點被判定為位於第一切層平面與第二切層平面之間的空間內。於一實施例中，假設切層厚度為h，當第一多邊形網格單元的三個頂點位於第一切層平面(數學表示式為Z=a-0.5h)與第二切層平面(數學表示式為Z=a+0.5h)之間的空間內時，處理器120將判定此第一多邊形網格單元屬於第a層切層物件且屬於水平面。之後，若第一多邊形網格單元的每一頂點位於第一切層平面與第二切層平面之間的空間內，處理器120判定第一多邊形網格單元屬於水平面。若第一多邊形網格單元的每一頂點沒有皆位於第一切層平面與第二切層平面之間的空間內，處理器120判定第一多邊形網格單元不屬於水平面。
之後，若處理器120判定這些多邊形網格單元都不屬於水平面(步驟S503判斷為否)，於步驟S504，處理器120不調整原始的噴墨圖檔。於步驟S505，若多邊形網格單元中的第一多邊形網格單元屬於水平面，處理器120判斷第一多邊形網格單元的法向量朝向正軸向方向或負軸向方向，第一多邊形網格單元的法向量為面法向量。由於本實施例之水平面定義為XY平面，因此正 軸向方向為正Z軸方向，而負軸向方向為負Z軸方向。透過辨別第一多邊形網格單元的法向量朝向正軸向方向或負軸向方向，處理器120可得知屬於水平面之第一多邊形網格單元對應至立體物件的封頂面或封底面。封底面包括立體物件的最低底面與懸空底面。
於步驟S506，若第一多邊形網格單元的法向量朝向正軸向方向，處理器120將第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊保留於第二切層物件對應的第二噴墨圖檔中。換言之，若第一多邊形網格單元的法向量朝向正軸向方向，代表第一多邊形網格單元對應至立體物件的封頂面，則處理器120不更改第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊以將第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊保留於第二切層物件對應的第二噴墨圖檔中。於步驟S507，若第一多邊形網格單元的法向量朝向負軸向方向，處理器120將第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊從第二噴墨圖檔中刪除，並於第一噴墨圖檔增加噴墨區塊。換言之，若第一多邊形網格單元的法向量朝向負軸向方向，代表第一多邊形網格單元對應至立體物件的封底面，則處理器120將第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊從原本第二切層物件對應的第二噴墨圖檔中刪除，並將第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊添加至對應至上一層切層物件(即堆疊於第二切層物件上方的第一切層物件)的第一噴墨圖檔。
舉例而言，圖6是依據本發明一實施例的調整水平面之噴墨位置的示意圖。請參照圖6，處理器120對立體模型M2進行 切層處理後，處理器120發現三角網格單元G1的三個頂點V1、V2、V3位於兩相鄰切層平面之間。因此，處理器120判定三角網格單元G1屬於水平面。需說明的是，三角網格單元G1的頂點V1、V2、V3的排列順序是事先依據立體模型的內外空間而定義好的。一般而言，立體模型之每一個三角網格單元的面的法向量朝向立體模型的外部空間。基此，處理器120可取向量d12以及向量d13，並外積向量d12以及向量d13以獲取法向量Ver。由於處理器120判定法向量Ver朝向負Z軸方向，因此處理器120將調整三角網格單元G1的噴墨區塊的噴墨位置。相似的，處理器120可依據相似的流程而判定三角網格單元G1為法向量朝下的水平面，並據以調整三角網格單元G2的噴墨區塊的噴墨位置。
如圖6所示，在尚未調整水平面的噴墨區塊之噴墨位置之前，對應至第i層切層物件L(i)的原始的噴墨圖檔img_i包括三角網格單元G1對應的噴墨區塊C1與三角網格單元G2對應的噴墨區塊C2。對應至第(i+1)層切層物件L(i+1)的原始的噴墨圖檔img_(i+1)不包括三角網格單元G1對應的噴墨區塊C1與三角網格單元G2對應的噴墨區塊C2。在依據圖5所示之步驟S503~S507調整水平面的噴墨區塊的噴墨位置後，對應至第i層切層物件L(i)的噴墨圖檔img_i’不包括三角網格單元G1對應的噴墨區塊C1與三角網格單元G2對應的噴墨區塊C2。對應至第(i+1)層切層物件L(i+1)的噴墨圖檔img_(i+1)’包括三角網格單元G1對應的噴墨區塊C1與三角網格單元G2對應的噴墨區塊C2。需說明的是，圖6 所示的範例係以噴墨區塊C1與噴墨區塊C2內的像素完全取代原始的噴墨圖檔img_(i+1)上位於對應像素位置之像素為例進行說明，以產生如圖6所示的噴墨圖檔img_(i+1)’，但本發明並不此以為限。於另一實施例中，噴墨區塊C1與噴墨區塊C2內的像素可部份取代原始的噴墨圖檔img_(i+1)上位於對應像素位置之像素，以保留原始的噴墨圖檔img_(i+1)上與噴墨區塊C1與噴墨區塊C2位置重疊的部份像素而產生新的噴墨圖檔。
如此一來，於立體列印裝置130依據立體模型M2建造彩色立體物件Obj1期間，控制器133控制列印頭131a依據切層控制資料列印切層物件L(i)，並再讀取多張噴墨圖檔中對應至切層物件L(i)的噴墨圖檔img_i’。如此，控制器133依據噴墨圖檔img_i’控制噴墨頭132a噴塗墨水於切層物件L(i)上。簡單而言，列印頭131a列印出切層物件L(i)後，噴墨頭132a將依據噴墨圖檔img_i’噴塗墨水於切層物件L(i)上。接著，在列印頭131a列印出堆疊於切層物件L(i)上的切層物件L(i+1)後，噴墨頭132a依據噴墨圖檔img_(i+1)’噴塗墨水於切層物件L(i+1)上。噴墨區塊C1、C2的噴墨位置將從切層物件L(i+1)的下方提昇至切層物件L(i+1)的上方。噴墨頭132a依據噴墨區塊C1、C2之各像素所噴塗的墨水層ink_1將附著於切層物件L(i+1)上，而不會噴灑於空氣中。
綜上所述，本發明的彩色立體列印方法與立體列印設備可利用列印頭先在成型平台形成切層物件後，而後利用噴墨頭在切層物件上形成墨水層而直接染色，如此反覆多次使切層物件與 墨水層依序交錯堆疊，從而形成彩色立體物件。如此，彩色立體物件的各層結構均具有彩色外觀而提高整體的色彩呈現度，而各層彩色顏料層的不同局部區域可具有不同顏色而提高色彩變化性。此外，透過調整水平面之噴墨區塊的噴墨位置，可避免噴墨頭對於封底面在尚未建構出承載墨水的切層物件前將墨水空灑於空中而導致立體物件的色彩呈現與立體模型出現落差的現象。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (17)

  1. 一種彩色立體列印方法，適於依據一立體模型製造一立體物件，其中該立體物件包括多個切層物件，所述方法包括：對該立體模型進行一切層處理，以獲取一列印路徑檔案與多個噴墨圖檔，其中該列印路徑檔案包括分別對應至該些切層物件的多筆切層控制資料；讀取該些切層控制資料中的一第一切層控制資料，其中該第一切層控制資料紀錄多個列印定位點與多個噴墨定位點；依據該些列印定位點控制一列印頭的移動並控制該列印頭擠壓出一成型材，以建構該些切層物件中的一第一切層物件；讀取該些噴墨圖檔中的一第一噴墨圖檔；以及依據該些噴墨定位點控制一噴墨頭於一平面上的移動，並依據該第一噴墨圖檔控制該噴墨頭噴塗墨水於該第一切層物件上，其中，對該立體模型進行該切層處理，以獲取該列印路徑檔案與該些噴墨圖檔的步驟包括：判斷該立體模型的多個多邊形網格單元是否屬於水平面；若該些多邊形網格單元中的第一多邊形網格單元屬於該水平面，判斷該第一多邊形網格單元的法向量朝向一正軸向方向或一負軸向方向；以及若該第一多邊形網格單元的法向量朝向該負軸向方向，將該第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊從該第一多邊形網格單元所對應的一第二噴墨圖檔中刪除，並於該第一噴墨圖檔增加該噴 墨區塊，其中該噴墨頭依據該第二噴墨圖檔噴塗墨水於一第二切層物件，且第二切層物件堆疊於該第一切層物件下方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的彩色立體列印方法，其中該些噴墨定位點包括一噴墨範圍起點與一噴墨範圍終點，該噴墨範圍起點與該噴墨範圍終點作為一噴墨範圍的對角線頂點，所述方法更包括：關聯該些噴墨定位點中的一噴墨範圍起點與該第一噴墨圖檔的一起點像素，並關聯該些噴墨定位點中的一噴墨範圍終點與該第一噴墨圖檔的一終點像素，致使該第一噴墨圖檔之各個像素所對應的噴墨順序被決定。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的彩色立體列印方法，其中該些噴墨定位點包括多個噴墨起點與多個噴墨終點，該些噴墨起點一對一對應至該些噴墨終點，該噴墨範圍起點為該些噴墨起點其中之一，而該噴墨範圍終點為該些噴墨終點其中之一。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的彩色立體列印方法，其中於該噴墨頭依據該些噴墨定位點移動的期間，依據該些噴墨圖檔中的該第一噴墨圖檔控制該噴墨頭噴塗墨水於該第一切層物件上的步驟包括：控制該噴墨頭沿著該些噴墨起點中第一噴墨起點與該些噴墨終點中的一第一噴墨終點之間的第一噴墨路徑移動，與此同時，控制該噴墨頭依據該第一噴墨圖檔上該第一噴墨路徑所對應的像素噴塗墨水於該第一切層物件上； 控制該噴墨頭從該第一噴墨終點移動至該些噴墨起點中的第二噴墨起點；以及控制該噴墨頭沿著該第二噴墨起點與該些噴墨終點中的一第二噴墨終點之間的第二噴墨路徑移動，與此同時，控制該噴墨頭依據該第一噴墨圖檔上該第二噴墨路徑所對應的像素噴塗墨水於該第一切層物件上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的彩色立體列印方法，其中判斷該立體模型的該些多邊形網格單元是否屬於水平面的步驟包括：利用多個切層平面切割該立體模型，其中該些切層平面包括相互相鄰的第一切層平面與第二切層平面，且該些切層平面垂直於一正軸向方向與一負軸向方向；判斷該第一多邊形網格單元的多個頂點是否位於該第一切層平面與該第二切層平面之間的空間內；以及若該第一多邊形網格單元的每一該些頂點位於該第一切層平面與該第二切層平面之間的該空間內，判定該第一多邊形網格單元屬於該水平面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的彩色立體列印方法，其中對該立體模型進行該切層處理，以獲取該列印路徑檔案與該些噴墨圖檔的步驟更包括：若該第一多邊形網格單元的法向量朝向該正軸向方向，將該第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊保留於該第二噴墨圖檔 中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的彩色立體列印方法，其中在依據該些列印定位點控制該列印頭的移動並控制該列印頭擠壓出該成型材，以建構該些切層物件中的該第一切層物件的步驟之前，更包括：控制該列印頭依據一第二切層控制資料列印該些切層物件中的該第二切層物件；讀取該些噴墨圖檔中的該第二噴墨圖檔；以及依據該第二噴墨圖檔控制該噴墨頭噴塗墨水於該第二切層物件上，其中該第一切層物件堆疊於該第二切層物件的上方。
  8. 一種立體列印設備，適於依據一立體模型製造一立體物件，包括：一儲存裝置；一處理器，耦接該儲存裝置且經配置以：對該立體模型進行一切層處理，以獲取一列印路徑檔案與多個噴墨圖檔，其中該列印路徑檔案包括分別對應至多個切層物件的多筆切層控制資料；以及一立體列印裝置，連接該處理器，包括：一列印機構，包括一列印頭；一噴墨機構，包括一噴墨頭；以及一控制器，耦接該列印機構與該噴墨機構，經配置以：讀取該些切層控制資料中的一第一切層控制資料，其中 該第一切層控制資料紀錄多個列印定位點與多個噴墨定位點；依據該些列印定位點控制一列印頭的移動並控制該列印頭擠壓出一成型材，以建構該些切層物件中的一第一切層物件；讀取該些噴墨圖檔中的一第一噴墨圖檔；以及依據該些噴墨定位點控制一噴墨頭於一平面上的移動，並依據該第一噴墨圖檔控制該噴墨頭噴塗墨水於該第一切層物件上，其中該處理器判斷該立體模型的多個多邊形網格單元是否屬於水平面，其中，若該些多邊形網格單元中的第一多邊形網格單元屬於水平面，該處理器判斷該第一多邊形網格單元的法向量朝向正軸向方向或負軸向方向，其中，若該第一多邊形網格單元的法向量朝向該負軸向方向，該處理器將該第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊從一第二噴墨圖檔中刪除，並於該第一噴墨圖檔增加該噴墨區塊。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的立體列印設備，其中該些噴墨定位點包括一噴墨範圍起點與一噴墨範圍終點，該噴墨範圍起點與該噴墨範圍終點作為一噴墨範圍的對角線頂點，其中該控制器關聯該些噴墨定位點中的一噴墨範圍起點與該第一噴墨圖檔的一起點像素，並關聯該些噴墨定位點中的一噴墨範圍終點與該第一噴墨圖檔的一終點像素，致使該第一噴墨圖檔之各個像素所對應的噴墨順序被決定。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的立體列印設備，其中該些噴墨定位點包括多個噴墨起點與多個噴墨終點，該些噴墨起點一對一對應至該些噴墨終點，該噴墨範圍起點為該些噴墨起點其中之一，而該噴墨範圍終點為該些噴墨終點其中之一。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印設備，其中該控制器控制該噴墨頭沿著該些噴墨起點中第一噴墨起點與該些噴墨終點中的一第一噴墨終點之間的第一噴墨路徑移動，與此同時，控制該噴墨頭依據該第一噴墨圖檔上該第一噴墨路徑所對應的像素噴塗墨水於該第一切層物件上，其中該控制器控制該噴墨頭從該第一噴墨終點移動至該些噴墨起點中的第二噴墨起點，其中該控制器控制該噴墨頭沿著該第二噴墨起點與該些噴墨終點中的一第二噴墨終點之間的第二噴墨路徑移動，與此同時，控制該噴墨頭依據該第一噴墨圖檔上該第二噴墨路徑所對應的像素噴塗墨水於該第一切層物件上。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的立體列印設備，其中該處理器利用多個切層平面切割該立體模型，該些切層平面包括相互相鄰的第一切層平面與第二切層平面，且該些切層平面垂直於該正軸向方向與該負軸向方向，其中該處理器判斷該第一多邊形網格單元的多個頂點是否位於該第一切層平面與該第二切層平面之間的空間，若該第一多邊形網格單元的每一該些頂點位於該第一切層平面與該第二切層平 面之間的該空間，該處理器判定該第一多邊形網格單元屬於水平面。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的立體列印設備，其中若該第一多邊形網格單元的法向量朝向該正軸向方向，該處理器將該第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊保留於一第二噴墨圖檔中。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的立體列印設備，其中該控制器更包括控制該列印頭依據一第二切層控制資料列印該些切層物件中的一第二切層物件，讀取該些噴墨圖檔中的一第二噴墨圖檔，以及依據該第二噴墨圖檔控制該噴墨頭噴塗墨水於該第二切層物件上，其中該第一切層物件堆疊於該第二切層物件的上方。
  15. 一種彩色立體列印方法，適於使用於一立體列印設備，該立體列印設備具有一列印頭及一噴墨頭，並可透過而一立體模型製造一立體物件，其中該立體物件包括多個切層物件，所述方法包括：對該立體模型進行一切層處理，以獲取一列印路徑檔案與多個噴墨圖檔；依據該列印路徑檔案控制該列印頭移動並控制該列印頭擠壓出一成型材，以建構該些切層物件中的一第一切層物件；以及依據該列印路徑檔案控制該噴墨頭移動，並依據該些噴墨圖檔中的一第一噴墨圖檔控制該噴墨頭以噴塗墨水於該第一切層物件上， 其中，該立體模型包括用以定義該立體物件的多個多邊形網格單元，且其中對該立體模型進行該切層處理，以獲取該列印路徑檔案與該些噴墨圖檔的步驟包括：判斷該些多邊形網格單元是否屬於一水平面；若該些多邊形網格單元中之一第一多邊形網格單元屬於該水平面，則判斷該第一多邊形網格單元是否屬於一封底面；以及若該第一多邊形網格單元屬於該封底面，則將該第一多邊形網格單元所對應的噴墨區塊從該第一多邊形網格單元於該進行該切層處理後所對應至的一第二噴墨圖檔中刪除，並於該第一噴墨圖檔增加該噴墨區塊，其中該噴墨頭依據該第二噴墨圖檔以噴塗墨水於一第二切層物件上，且該第二切層物件堆疊於該第一切層物件下方。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的彩色立體列印方法，其中該列印路徑檔案包括分別對應至該些切層物件的多筆切層控制資料，且每一該切層控制資料包含用以控制該列印頭之多個列印定位點及用以控制該噴墨頭之多個噴墨定位點。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的彩色立體列印方法，其中判斷該第一多邊形網格單元是否屬於該封底面的步驟包括：依據該第一多邊形網格單元的一法向量進行判斷。
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